DE102016224016B4 - Linear piston pump with parasitic volumes - Google Patents
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Abstract
Linearkolbenpumpe umfassend
- einen geschlossenen Pumpzylinder (1), in dessen Arbeitsraum (2) mindestens ein Pumpkolben (3.1, 3.2) unter Bildung einer Pumpkammer (4) oszillierend angetrieben läuft,
- einen Pumpeneinlass (5) mit einem Einlassventil (7),
- einen Pumpenauslass (9) mit einem Auslassventil (8),
- mindestens ein parasitäres Volumen (14.1, 14.2) auf der der Pumpkammer (4) abgewandten Kolbenaußenseite (13.1, 13.2) des Pumpkolbens (3.1, 3.2), und
- eine Ventilations-Fluidverbindung (V) zwischen dem parasitären Volumen (14.1, 14.2) und dem Pumpenauslass (9) strömungstechnisch hinter dessen Auslassventil (8), dadurch gekennzeichnet, dass
im Pumpzylinder (1) zwei Pumpkolben (3.1, 3.2) unter Bildung der Pumpkammer (4) zwischen sich und parasitärer Volumina (14.1, 14.2) auf den einander abgewandten Kolbenaußenseiten (13.1, 13.2) gegenläufig oszillierend laufen und eine Ventilations-Fluidverbindung (V) zwischen dem jeweiligen parasitären Volumen (14.1, 14.2) und dem Pumpenauslass (9) verläuft.
Includes linear piston pump
- a closed pump cylinder (1), in the working space (2) at least one pump piston (3.1, 3.2) is driven to oscillate under formation of a pumping chamber (4),
a pump inlet (5) with an inlet valve (7),
a pump outlet (9) with an outlet valve (8),
- At least one parasitic volume (14.1, 14.2) on the pump chamber (4) facing away from the piston outer side (13.1, 13.2) of the pump piston (3.1, 3.2), and
- A ventilation fluid connection (V) between the parasitic volume (14.1, 14.2) and the pump outlet (9) fluidically behind the outlet valve (8), characterized in that
in the pump cylinder (1) two pumping pistons (3.1, 3.2) to form the pumping chamber (4) between them and parasitic volumes (14.1, 14.2) on the opposite piston outer sides (13.1, 13.2) run in opposite directions oscillating and a ventilation fluid connection (V) between the respective parasitic volume (14.1, 14.2) and the pump outlet (9).
Description
Die Erfindung betrifft eine Linearkolbenpumpe mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a linear piston pump with the features specified in the preamble of
Derartige Linearkolbenpumpen sind durch offenkundige Vorbenutzung bekannt und weisen im vorliegenden Fall einen geschlossenen Pumpzylinder auf, in dessen Arbeitsraum mindestens ein Pumpkolben unter Bildung einer Pumpkammer oszillierend angetrieben läuft. Ferner sind ein Pumpeneinlass mit einem Einlassventil und ein Pumpenauslass mit einem Auslassventil vorgesehen. Die Pumpe bildet aufgrund der geschlossenen Ausführung des Pumpzylinders auf der Kolbenaußenseite des mindestens einen Pumpkolbens einen geschlossenen Raum aus, welcher im Folgenden als parasitäres Volumen bezeichnet wird.Such linear piston pumps are known by public prior use and have in the present case a closed pump cylinder, running in the working space at least one pump piston driven to form a pumping chamber oscillating. Furthermore, a pump inlet with an inlet valve and a pump outlet with an outlet valve are provided. Due to the closed design of the pump cylinder on the piston outside of the at least one pump piston, the pump forms a closed space, which is referred to below as the parasitic volume.
Zu der der Erfindung zugrunde liegenden Problematik ist festzuhalten, dass solche Linearkolbenpumpen beispielsweise bei einer Ausführung mit zwei symmetrischen, gegenläufig arbeitenden Pumpkolben aufgrund des Massenausgleichs der Kolben an sich vergleichsweise ruhig und vibrationsfrei arbeiten. Asymmetrische Lasten auf die Kolben, wie sie beispielsweise durch pneumatische Lasten hervorgerufen werden können, stören die Massenbalance und müssen daher egalisiert werden.For the problem underlying the invention is to be noted that such linear piston pumps, for example, in a design with two symmetrical, counter-rotating pump piston work relatively quiet and vibration-free due to the mass balance of the piston. Asymmetrical loads on the pistons, such as may be caused by pneumatic loads, disturb the mass balance and must therefore be leveled.
Des Weiteren führt eine variable Veränderung der Druckverhältnisse in den parasitären Volumina zu einer Verschiebung des jeweiligen Kolbens aus der optimalen Arbeitslage, aus welcher sodann ein Leistungsabfall der Pumpe resultiert. Dieser Effekt tritt auch bei nicht ausbalancierten Einkolbenpumpen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf und sollte dort ebenfalls kompensiert werden.Furthermore, a variable change in the pressure conditions in the parasitic volumes leads to a displacement of the respective piston from the optimum operating position, which then results in a power loss of the pump. This effect also occurs in unbalanced single-piston pumps according to the preamble of
Bei Linearkolbenpumpen mit geschlossenen Pumpzylindern stellt sich die Problematik, dass jegliche Art von Kolbendichtungen inhärent eine variable, nicht kontrollierbare Leckagerate mit sich bringt. Aufgrund dieser Leckage durch die Kolbendichtungen können sich auf der Außenseite der Kolben in den parasitären Volumina unterschiedliche Druckbeaufschlagungen ausbilden, die asymmetrische Belastungen auf die Kolben ausüben. Insbesondere für Linearkolbenpumpen, die in explosionsgefährdeten Atmosphären arbeiten und entzündliche Fluide, wie Benzin, Benzindämpfe oder dergleichen flüchtige Fluide fördern, ist es nicht möglich, diese nicht regelbaren Druckverhältnisse durch eine Verbindung der parasitären Volumina zur Umgebung auszugleichen, da dies erhebliche Gefährdungen, wie Explosionsgefahr und gesundheitliche Beeinträchtigungen durch die Stoffe selbst mit sich bringt.With linear piston pumps with closed pump cylinders, the problem arises that any type of piston seals inherently brings a variable, uncontrollable leakage rate. Due to this leakage through the piston seals may form on the outside of the piston in the parasitic volumes different pressurizations that exert asymmetric loads on the piston. In particular, for linear piston pumps that work in potentially explosive atmospheres and promote flammable fluids, such as gasoline, gasoline vapors or the like volatile fluids, it is not possible to compensate for these non-adjustable pressure ratios by connecting the parasitic volumes to the environment, as this involves significant hazards, such as risk of explosion and health impairment caused by the substances themselves.
Aus der
Die Druckschriften
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hocheffizienten Linearkolbenpumpe auf konstruktiv einfache Weise eine wirksame Fluid-Ableitung und einen Ausgleich eines unerwünschten Druckaufbaus in parasitären Volumina zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, wonach bei einer doppelläufigen Linearkolbenpumpe mit zwei Pumpkolben im Pumpzylinder die Ventilations-Fluidverbindungen zwischen den jeweiligen parasitären Volumina auf der Außenseite der gegenläufigen Kolben und dem Pumpenauslass angelegt sind.The invention has for its object to achieve in a highly efficient linear piston pump in a structurally simple way an effective fluid discharge and a compensation of an undesirable pressure build-up in parasitic volumes. This object is achieved by the features stated in the characterizing part of
Aufgrund dieser Fluidverbindungen werden Fluide, die aufgrund von Leckagen im Bereich der Kolbendichtungen sich in dem oder den parasitären Volumina ansammeln und einen entsprechenden Druckaufbau mit sich bringen, in den Fluidstrom auf der Auslassseite der Pumpe abgeleitet. Die Pumpenwirkung wird dabei zum einen nicht wesentlich beeinträchtigt, da aufgrund der üblichen Auslegung der Pumpkolben die Leckageraten in die parasitären Volumina deutlich geringer ausfallen, als die eigentliche Förderleistung der Pumpe, wie sie durch den Hubraum des oder der Kolben definiert ist. Sofern während des Fördertaktes der Pumpe Pumpfluid über die Ventilations-Fluidverbindung in die parasitären Volumina zurück gepumpt wird, so ist dies aufgrund der Leckageraten bereits an sich unproblematisch. Darüber hinaus wird beim anschließenden Ansaugtakt durch die umgekehrte Bewegung der Kolben das in parasitäre Volumina eingesaugte Fluid wieder quasi in einem sekundären Fördertakt ausgestoßen. Insoweit wird auch das Pulsationsverhalten der Pumpe ausgleichend beeinflusst, so dass sich eine gleichmäßigere und hocheffiziente Pumpwirkung der Doppel-Linearkolbenpumpe einstellt.Because of these fluid connections, fluids that accumulate in the parasitic volume (s) due to leakages in the area of the piston seals and bring about a corresponding pressure build-up are discharged into the fluid flow on the outlet side of the pump. The pump action is thereby not significantly impaired, since due to the usual design of the pump piston, the leakage rates in the parasitic volumes significantly lower than the actual flow rate of the pump, as defined by the displacement of the piston or. If pumping fluid is pumped back into the parasitic volumes via the ventilation-fluid connection during the delivery cycle of the pump, this is unproblematic in itself because of the leakage rates. In addition, in the subsequent intake stroke by the reverse movement of the piston sucked in the parasitic volumes fluid is ejected quasi in a secondary delivery cycle. In that regard, the pulsation behavior of the pump is compensated, so that sets a more uniform and highly efficient pumping action of the double linear piston pump.
In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegebenen. So können die Ventilations-Fluidverbindungen jeweils als Ventilationsöffnung im Pumpzylinder außerhalb des von den Pumpkolben überstrichenen Raums angelegt sein. Dies stellt eine besonders einfache Ausführung für die Fluidverbindungen dar, die insbesondere im Zusammenhang mit einer auslassseitig am Pumpzylinder vorgesehenen Abdeckkappe von Vorteil ist. Letztere kann so angeordnet sein, dass sie die Ventilations-Fluidverbindungen und das Auslassventil dichtend übergreift und gleichzeitig den Auslassanschluss der Pumpe zur Verfügung stellt. Dadurch ist in besonders kompakter Bauweise eine Abdichtung des Pumpenauslasses zusammen mit den Ventilations-Fluidverbindungen realisierbar.In the dependent claims preferred embodiments of the invention are given. Thus, the ventilation fluid connections can each be created as a ventilation opening in the pump cylinder outside the space swept by the pump pistons. This represents a particularly simple design for the fluid connections, which are provided in particular in connection with an outlet side on the pump cylinder Cap is beneficial. The latter can be arranged so that it sealingly engages over the ventilation fluid connections and the outlet valve and at the same time provides the outlet connection of the pump. As a result, a sealing of the pump outlet can be realized together with the ventilation fluid connections in a particularly compact design.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können in Pumpeneinlass und/oder Pumpenauslass, dort insbesondere in den jeweiligen Anschlussstutzen, auch die bei Einsatz der Pumpe in explosionsgefährdeten Umgebungen vorgesehenen Explosionsschutzeinrichtungen, wie eine Flammenrückschlagssicherung untergebracht sein.According to a further preferred embodiment, in the pump inlet and / or pump outlet, there in particular in the respective connecting piece, also provided when using the pump in potentially explosive environments explosion protection devices, such as a flame arrester be accommodated.
In einer alternativen Ausführungsform können die Ventilations-Fluidverbindungen jeweils auch gesondert durch eine Leitung zwischen der Ventilationsöffnung am jeweiligen parasitären Volumen und dem Auslassanschluss der Pumpe angelegt sein. Diese Leitungen können als externe Schläuche vorgesehen sein, von besonderem Vorteil in herstellungstechnischer Hinsicht ist allerdings die Integration der Leitung in das Gehäuse des Pumpzylinders.In an alternative embodiment, the ventilation fluid connections can each also be applied separately by a line between the ventilation opening at the respective parasitic volume and the outlet connection of the pump. These lines can be provided as external hoses, of particular advantage in terms of manufacturing technology, however, is the integration of the line in the housing of the pump cylinder.
Bei einer Ausbildung der Linearkolbenpumpe, bei der im Pumpzylinder eine Kolbenlaufbuchse für den mindestens einen Pumpkolben vorgesehen ist, kann die Leitung für die Ventilations-Fluidverbindung in herstellungstechnisch besonders einfacher Weise durch den Abstandsspalt, vorzugsweise Ringspalt zwischen der Kolbenlaufbuchse und dem Pumpzylinder gebildet sein.In one embodiment of the linear piston pump, in which a piston liner for the at least one pump piston is provided in the pump cylinder, the line for the ventilation fluid connection in manufacturing technology particularly simple manner by the gap gap, preferably annular gap between the piston liner and the pump cylinder may be formed.
Um Flüssigkeiten, die sich aufgrund der Leckage im Bereich der Kolbendichtungen in den parasitären Volumina ansammeln können, über die Ventilations-Fluidverbindungen ohne weiteres Zutun gravitationsbedingt abführen zu können, sind die Fluidverbindungen bevorzugter Maßen in Einbauposition der Pumpe mit dem tiefsten Punkt des Pumpzylinders verbunden und davon weggeführt.In order to be able to discharge fluids which can accumulate in the parasitic volumes due to the leakage in the region of the piston seals, the fluid connections of preferred dimensions are connected in the installation position of the pump to the lowest point of the pump cylinder and thereof by the ventilation fluid connections without further action led away.
Schließlich können das oder die parasitären Volumina der Pumpe gegenüber der Umgebung dicht abgeschlossen sein, wodurch die Pumpe besonders für Einsatzbedingungen geeignet ist, bei denen explosive oder anderweitig gesundheitsgefährdende Stoffe gefördert werden.Finally, the pump's parasitic volume (s) may be sealed to the environment, making the pump particularly suitable for conditions where explosive or otherwise harmful substances are being pumped.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 einen schematische Schnitt durch eine Linearkolbenpumpe in einer ersten Ausführungsform, -
2 einen schematischen Schnitt durch eine Linearkolbenpumpe in einer zweiten Ausführungsform, -
3 einen schematischen Schnitt durch eine Linearkolbenpumpe in einer dritten Ausführungsform, und -
4 eine Schnitt gemäß der Schnittlinie A-A nach3 .
-
1 a schematic section through a linear piston pump in a first embodiment, -
2 a schematic section through a linear piston pump in a second embodiment, -
3 a schematic section through a linear piston pump in a third embodiment, and -
4 a section according to the section line AA after3 ,
Anhand der
Auf der einen Seite des Pumpzylinders
Auf der gegenüberliegenden Seite des Pumpzylinders
Ein Pumpenauslass
Auf den einander abgewandten Kolbenaußenseiten
Bei der in
Pumpfluid, das während des Pumpenbetriebes über die Kolbendichtungen
Bei der in
Bei der Ausführungsform gemäß
Damit ist auch zwischen dem Pumpzylinder
Zu den parasitären Volumina
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